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自由空间激光通信与大气传输会议报道
信息来源: 发布时间:2016年11月25日 【 】 【打印】 【关闭

自由空间激光通信与大气传输会议报道


2016215-18日,在美国加州圣何塞西由美国国际光电学工程协会(SPIE)主办的美国西部光电展Photonics West上,有关Free-Space Laser Communication and Atmospheric Propagation的技术讨论,目前已经由SPIE整理成第9739卷会议论文集,本报摘编部分会议论摘要:

1、美国Planet Labs公司的R. W. Kingsbury等人发表题为《一台立方星(CubeSat)激光发射器的实现和验证》文章。

本文给出了一台CubeSat微型卫星规模的激光发射器的实现和验证结果。其主振荡功率放大器(MOPA)的设计为:使用直接调制的激光二极管和市售光纤放大器来产生一个波长为1550nm,平均功率为200mW的光信号。原型机设计产生高保真M进制脉冲位置调制(PPM)波形(M =8-128),目标数据速率大于10兆比特/秒,同时满足8W功率分配的限制。作者还提出一种雪崩光电二极管(APD)接收器的实现方案,其测量的发射到接收器性能在理论值的3dB范围内。通过环回,此紧凑的接收机设计可以提供内建自测试和校准功能,并支持此接收机设计的增量在轨测试。

2、法国国家航空航天研究中心的N. Védrenne等人发表题为《高数据速率卫星对地激光链路的自适应光学系统》文章。

为匹配高海拔平台和地面之间对高数据传输率日益增加的需求,作者对自由空间光学链路进行了研究。部分不断增长的兴趣来源于充分利用技术成熟的光纤部件的可能性,即需要将接收到的波注入到单模光纤中。为了减小地面终端的注入损耗,对使用自适应光学(AO)进行了研究。此自适应光学系统必须在各种各样的湍流条件下工作:如白天和夜间,在可能非常低的海拔(对于LEO卫星),光学地面站的局限性(对大气湍流可能是不利的)。天文学中优化的量是平均斯特列尔比,自由空间通信与之相反,必须考虑注入损耗的统计和时间特征。在这里还通过对GEO(静止地球轨道)和LEO(低地球轨道)对地链路进行数值模拟,来探讨了部分修正的结果。

3、美国Facebook公司的Amnon G. Talmor等人发表题为《用于平流层空-空和空-地激光通信的双轴万向支架》文章。

针对高空平台(HAPS)与地面,和这种高空平台之间的空-空通信的双向链路,设计了半球形+ 30°观测场和低风阻低质量的双轴万向支架,并制造了样机。万向支架包括方位角轴上的两个伺服控制的非正交俯仰,和用于观测场微调的内快速转向反射镜。设计包括俯仰级的7.5厘米直径孔径的折射望远镜,用输出镜在双平面镜之间折叠形成双镜微型折轴路径固定在方位角级。在换了多种万向支架的配置后,才最终敲定了这个符合要求的方案。所选择的设计利用碳纤维和镁复合结构,通过定制的伺服电机来驱动,并通过光学编码器换流。方位角级由滑环电连接到所述固定底座,而俯仰级由被动光学元件制成。两轴是用定制的钢基陶瓷材料的角接触双轴承来对齐的,并通过配备了软硬结合板结构的嵌入式电子控制。有限元分析(FEA)表明,该设计在+60℃-80℃的温度范围内是机械坚固的,并且自然频率的第一模式在400赫兹以上。所述万向支架样机的总质量为3.5千克,包括内光具座,其中包含快速转向镜(FSMs)和跟踪传感器。下一个版本的这种万向支架,在样机阶段的重量将低于3.0千克。

4、美国麻省理工学院林肯实验室的Andrew S Fletcher等人发表题为《窄波束水下激光通信的传播模拟结果》文章。

由于海底传播物理不同于空气,通过海水的通信链路是有挑战性的。尽管海底介质充满挑战性,蓝绿波长的海底光通信仍可以实现高数据速率(兆比特到吉比特每秒级链路)。海水的吸收和散射会衰减光信号,通过密集多径散射会使波形发生畸变。指数传播损耗和由于多径导致的时域扩散会限制可实现的链路距离和数据速率。在本文中,作者描述了对海底散射和吸收通道的蒙特卡洛模拟。作者在各种激光通信情景下模拟了通过清晰、浑浊的水环境后光子信号衰减水平、空间光子分布、到达统计的时间,以及到达统计的角度。模拟结果可用于海底光通信系统的设计选择,特别是说明了窄波束的激光相对于宽光束方法(例如LED光源)的优势。模拟的瞳平面和焦平面光子到达分布使得波束跟踪技术成为可能,波束跟踪技术即使在高散射港区水域可用于解决对准的问题。使用准直光束的激光通信能最大化传输通过散射介质的光子数,可以用空间和时间滤波器来减少波形畸变和背景干扰。

5、美国NASA戈达德太空飞行中心的Guangning Yang等人发表题为《创新的自由空间光通信和导航系统,有高数据率通信、精密测距、距离变化率测量和准确的宇宙飞船瞄准功能》文章。

作者报告一个创新的自由空间光通信和导航系统,它能提供高数据率通信,包括宇宙飞船距离的精确测量、距离变化率和精确的宇宙飞船瞄准。建立了一个完整的试验板系统,包括空间和地面终端。有622 MBPS的数据传输链路,可进行双向测距。积分时间为1秒时,实现了23μm的测距和23μm/ s的距离变化率精度。这些测距性能对通信错误率不敏感。如此高的测距和距离变化率精度是用双混频时差测量装置来进行发射和接收时钟的相对相位测量来实现的。

6、美国Los Alamos国家实验室的Anatoly Efimov等人发表题为《部分相干光束通过实验室湍流的吉比特每秒的调制和传输》文章。

用伪随机位序列的数据流以1 Gbps调制部分相干光束(PCB),并使其传播通过实验室湍流。将测量得到的眼图和传播通过相同湍流的完全相干光束产生的眼图进行比较。和单独测量的一样,部分相干光束的闪烁降低了,果然导致比完全相干光束更高质量的眼图。实验数据和数值模拟保持一致。这项工作表明部分相干光束用于通过湍流大气的Gbps数据速率自由空间光通信的可行性和简单性。

7、美国喷气推进实验室的Abhijit Biswas等人发表题为《深空激光通信》文章。

从近地距离延伸到月球范围的激光通信链路演示已经非常成功,充分展示了激光用于通信可实现信道容量的增加。在将激光通信和它的好处拓展到整个太阳系内外的下一个障碍是证明深空激光通信链路。本文将讨论喷气推进实验室(JPL)为了在未来十年内实现约3 AU(地球-太阳的平均距离)范围远的深空链路演示而提出的理念和技术发展。

8、波兰TopGaN有限公司的S. P. Najda等人发表题为《用于自由空间和塑料光纤电信应用的AlGaInP激光二极管技术》文章。

AlGaInN材料制造的氮化镓激光二极管是一种用于产生从紫外到可见激光源的新兴技术,是推动新的系统应用,如自由空间(水下&机载链路)和塑料光纤通信的潜在关键因素。作者使用直接调制的GaN激光二极管以高频率(高达2.5 Gbit / s)测量可见光(自由空间和水下)和在塑料光纤(POF)中的通信。

9、美国Fibertek公司的Shantanu Gupta等人发表题为《用于深空激光通信的波长1.5微米、高功率(6W)、脉冲位置调制(PPM)的光纤激光发射器的开发,测试和初次空间认证》文章。

作者报道用于深空激光通信链路的波长1.5微米、高功率(6W)、高电光效率(15%)、脉冲位置调制(PPM)的保偏光纤激光发射器子系统的开发、测试和初次空间认证。可编程高阶PPM调制直到PPM-128格式,离散脉冲时隙范围从0.5-8纳秒,满足到火星、小行星和其他深空中继链路的深空激光通信的各种链路要求,也遵循美国航空航天局的太空激光通信的路线图。作者从热真空测试,振动测试,辐射测试和整体可靠性评估等方面给出了初次空间认证的结果。

婷威编译自: http://spie.org/Publications/Proceedings/Volume/9739



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